全印刷制备高密度柔性交叉线忆阻器

柔性忆阻器是柔性数据存储设备的重要元件之一,随着可穿戴数据监测设备、人工智能芯片、商品RFID标签等领域的快速发展,对忆阻器件在开关性能、尺寸、存储密度和能耗等方面提出了更高要求。其中,交叉型忆阻器(crossbar memory devices)中每个交叉点即可作为一个独立的功能单元存储二进制信息,其独特的结构设计满足了功能单元高密度需求,被广泛应用于柔性存储器件中。目前,大多数交叉型忆阻器都是通过基于光刻的微加工工艺制备,材料受限严重,且无法实现多材料精细三维微纳结构的调控。由于存储器件高阻态(0)和低阻态(1)的开关比取决于电子传输途经的电极和功能层之间界面性质,而传统的加工制造方法容易破坏交叉点的界面均匀性,严重影响器件的性能。此外,对于平面交叉型存储器件,由于存储单元中导电通路的随机性和多形态性,电阻值异常波动不可避免,导电通路的生长受到局部电场的严重影响。

近期,中科院化学研究所宋延林研究员课题组基于绿色印刷图案化技术,全印刷制造高性能银/丝素蛋白/银结构的交叉型忆阻器件 (如图a)。通过控制液体在微模板上的干燥和去浸润行为,电极和电极-功能层可分别呈现三棱锥状共形结构。在柔性基底上,研究者采用曲线模板诱导形成抗拉伸的曲线交叉阵列 (如图b)。基于最密布线法则,印刷制备双层交叉线阵列,其存储密度达到2.5×105 bits/cm2,相较于其他印刷方法,存储密度提高1000倍。在弯曲半径5 mm 情况下,器件开关比(ION/IOFF)大于106,保持时间大于104秒。该柔性交叉线忆阻器件可应用于图像存储和显示 (如图c)。这种全印刷加工方法为柔性多层微电子系统的制造提供了有效途径,也展示出其在柔性智能器件上广泛的应用前景。相关研究成果在近期出版的Advanced Electronic Materials 上发表 (DOI: 10.1002/aelm.201900131)。

Speak Your Mind